數未來(lái)新寵 還看熱成像技術(shù)

　　工作原理

　　紅外熱成像技術(shù)是一種被動(dòng)紅外夜視技術(shù)，其原理是基于自然界中一切溫度高于絕對零度(-273℃)的物體，每時(shí)每刻都在輻射出紅外線(xiàn)，同時(shí)這種紅外線(xiàn)輻射都載有物體的熱特征信息，這就為利用紅外技術(shù)判別各種被測目標的溫度高低和熱分布場(chǎng)提供了客觀(guān)的基礎。利用這一特性，通過(guò)光電紅外探測器將物體發(fā)熱部位輻射的功率信號轉換成電信號后，成像裝置就可以一一對應地模擬出物體表面溫度的空間分布，最后經(jīng)系統處理，形成熱圖像視頻信號，傳至顯示屏幕上，就得到與物體表面熱分布相對應的熱像圖。

　　杭州?？低晹底旨夹g(shù)股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“?？怠?前端技術(shù)支持經(jīng)理田振華為我們介紹紅外熱成像系統是由鏡頭、熱紅外探測器及攝像機系統組成。鏡頭材質(zhì)為可透過(guò)可見(jiàn)光的高純鍺單晶，具有高的折射系數，對紅外光透明，不透過(guò)可見(jiàn)光和紫外線(xiàn)。熱紅外探測器是熱成像攝像機的心臟，主要功能是將紅外輻射轉變?yōu)殡娦盘?。探測器分為制冷型、非制冷型兩種，常見(jiàn)為非制冷型，主要由多晶硅和氧化釩兩種材質(zhì)。針對該系統的工作原理，前視紅外熱像系統貿易(上海)有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“Flir”)的分銷(xiāo)經(jīng)理張宇說(shuō)是由光學(xué)系統接受被測目標的紅外輻射經(jīng)光譜濾波將紅外輻射能量分布圖形反映到焦平面上的紅外探測器陣列的各光敏元件上，探測器將紅外輻射能轉換成電信號，由探測器偏置與前置放大的輸入電路輸出所需的放大信號，并注入到讀出電路，以便進(jìn)行多路傳輸。高密度、多功能的CMOS多路傳輸器的讀出電路能夠執行稠密的線(xiàn)陣和面陣紅外焦平面陣列的信號積分、傳輸、處理和掃描輸出，并進(jìn)行A/D轉換，以送入微機作視頻圖像處理。由于被測目標物體各部分的紅外輻射的熱像分布信號非常弱，缺少可見(jiàn)光圖像那種層次和立體感，因而需要進(jìn)行一些圖像亮度與對比度的控制、實(shí)際校正與偽彩色描繪等處理。經(jīng)過(guò)處理的信號送入到視頻信號形成部分進(jìn)行D/A轉換并形成標準的視頻信號，最后通過(guò)電視屏或監視器顯示被測目標的紅外熱像圖。

　　產(chǎn)品優(yōu)勢

　　就目前應用而言，紅外熱成像技術(shù)要比微光成像技術(shù)在安防上使用得更廣泛，在安防監控系統的應用中，例如到了晚上可見(jiàn)光的監視器材便不能正常工作，如果采用人工照明無(wú)疑容易暴露目標。這時(shí)如果有紅外熱成像儀就可以解決問(wèn)題，紅外熱成像儀是被動(dòng)接受目標自身的紅外熱輻射，它不受光照條件影響，無(wú)論白天黑夜都可以正常工作并且不會(huì )暴露自己。

　　同樣的，如果在雨霧等惡劣的氣候環(huán)境下，可見(jiàn)光由于波長(cháng)較短，克服障礙的能力差，觀(guān)察的效果就會(huì )大打折扣，但紅外熱成像儀利用的是紅外線(xiàn)原理，紅外線(xiàn)波長(cháng)較長(cháng)，穿透效果好，即使在雨霧的惡劣環(huán)境下仍然可以正常觀(guān)測。因此在夜間及雨霧等惡劣天氣情況下，利用紅外熱成像儀可以對目標進(jìn)行正常的監控。

　　在安防領(lǐng)域中，紅外熱成像儀用在探測威脅(防范入侵者)、森林防火、罪犯追捕等方面。

　　火災這樣的意外災害時(shí)有發(fā)生，而且這種災害多半是由不明顯的隱火引發(fā)的，如果能即時(shí)發(fā)現這些隱火，準確的判斷火災的位置，這樣就能做到早預防早撲滅，減少很多不必要的損失。

　　紅外熱成像儀是被動(dòng)接受目標自身的熱輻射，這一特點(diǎn)也可以應用到公安機關(guān)追捕罪犯的行動(dòng)中，一般罪犯容易隱藏到草叢樹(shù)林之類(lèi)的野外環(huán)境中，公安人員的一般視覺(jué)容易產(chǎn)生錯誤判斷，很容易讓罪犯逍遙法外，人體和車(chē)輛的溫度以及紅外輻射一般都遠大于草木的溫度及輻射，這時(shí)候利用紅外熱成像儀很容易就可以準確判斷出罪犯隱藏的位置，讓他們無(wú)所遁形。

　　新技術(shù)與困境

　　熱成像技術(shù)是以利用目標、背景或目標各部分之間的輻射差異形成的紅外輻射特征圖像來(lái)發(fā)現和識別目標，采用的是非制冷焦平面技術(shù)。由于近年來(lái)熱成像技術(shù)在軍事和民用方面都得到了廣泛的應用。隨著(zhù)熱成像技術(shù)的成熟以及各種低成本適于民用的熱像儀的問(wèn)世，它在國民經(jīng)濟各部門(mén)發(fā)揮的作用也越來(lái)越大。

　　從運用領(lǐng)域的變化來(lái)分析，北京和普威視光電技術(shù)有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“和普威視”)技術(shù)總工張超岳看來(lái)在工業(yè)生產(chǎn)中，許多設備常用于高溫、高壓和高速運轉狀態(tài)，應用紅外熱成像儀對這些設備進(jìn)行檢測和監控，既能保證設備的安全運轉，又能發(fā)現異常情況以便及時(shí)排除隱患。同時(shí)，利用熱像儀還可以進(jìn)行工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量控制和管理。

　　由于紅外系統比雷達系統的分辨率高，隱蔽性好，且不易受電子干擾，較之可見(jiàn)光系統具有能識別偽裝、可晝夜工作、受天氣影響較小等優(yōu)點(diǎn)，因此，熱成像技術(shù)在軍事上得到廣泛應用。熱像儀在軍事上的應用范圍較主動(dòng)紅外夜視儀和微光夜視儀更廣，可用于戰術(shù)與戰略偵察、武器的瞄準和制導、各種戰斗、運輸車(chē)輛的夜間駕駛，并可提供飛機在黑暗中的起飛、著(zhù)陸燈，是一種性能優(yōu)越較為理想的夜視器材，目前在陸軍、海軍、空軍都得到了應用，同時(shí)紅外熱像儀在醫療、治安、消防、考古、交通、農業(yè)和地質(zhì)等許多領(lǐng)域均有重要的應用。

　　從熱成像技術(shù)層面的發(fā)展來(lái)分析，?？档那岸思夹g(shù)支持經(jīng)理田振華認為近些年在熱成像基礎上，導入了H.264編碼壓縮技術(shù)、智能分析技術(shù)。H.264技術(shù)將采集的熱輻射圖像編碼壓縮成網(wǎng)絡(luò )信號，便于被系統集成。智能分析技術(shù)能通過(guò)對輻射差異形成的紅外輻射特征圖像進(jìn)行智能算法分析，提高圖像的應用價(jià)值。同時(shí)Flir的張宇則認為實(shí)現了網(wǎng)絡(luò )輸出，網(wǎng)絡(luò )模擬雙輸出產(chǎn)品開(kāi)始出現;部分產(chǎn)品實(shí)現了POE供電;軟件分析更加智能易用;探測器像素得到提升;探測距離遠近皆宜，多視場(chǎng)，連續變焦產(chǎn)品的應用逐漸增多。

　　對于目前紅外熱成像攝像機存在的不足之處在于分辨率只有384*288，相當于CIF大小，只能作為探測目標用，不足以清晰地分辨目標。?？档奶镎袢A認為后續的發(fā)展可以提高熱紅外探測器的像素大小，從而提高清晰度來(lái)解決這一問(wèn)題。除了圖像對比度低，分辨細節能力較差外，Flir的張宇與和普威視的張超岳還認為不足之處有：

　　★不能透過(guò)透明的障礙物看清目標：如窗戶(hù)玻璃。像窗戶(hù)玻璃這種透明的障礙物，使紅外熱成像儀探測不到其后物體的溫差，因而不能透過(guò)透明的障礙物看清目標。

　　★高價(jià)格：目前紅外熱成像儀的成本仍是限制它廣泛使用的最大因素，但隨著(zhù)肖特基勢壘非致冷紅外焦平面陣列的出現，為廣泛應用提供了一種以低成本獲得高分辨力、高可靠性器件的有效手段。隨著(zhù)科技的發(fā)展，關(guān)鍵技術(shù)的突破，并提高了加工效率，今后的成本會(huì )大為降低的。

　　在智能視頻中的應用表現

　　由紅外熱成像技術(shù)的原理與特點(diǎn)可知， 幾乎現在普通視頻監控攝像機能做的智能分析，在紅外熱成像技術(shù)里都能很好地應用，并且往往是普通攝像監控機所不能完成的。對于在智能視頻中的應用表現和普威視的張超岳為我們做了一些解析。

　　1.、能真正24小時(shí)及在惡劣氣候條件下的全天候的智能視頻監控

　　紅外熱成像儀，是被動(dòng)接受目標自身的紅外熱輻射，無(wú)論白天黑夜24小時(shí)均可以處于運行狀態(tài)而正常工作，并隨時(shí)對背景資料進(jìn)行分析，一旦發(fā)現變化，可以及時(shí)發(fā)出預/報警，并可以通過(guò)其他智能設備自動(dòng)對有關(guān)情況進(jìn)行處理與上報。

　　在雨、霧等惡劣的氣候條件下，由于可見(jiàn)光的波長(cháng)短，克服障礙的能力差，因而觀(guān)測效果差。而工作在8～14μm波長(cháng)的長(cháng)波紅外熱成像儀，其穿透雨、霧的能力較高，從而仍可以正常地觀(guān)測目標。因此，在夜間以及惡劣氣候條件下，采用紅外熱成像監控設備可以對各種目標，如人員、車(chē)輛等進(jìn)行24h監控。

　　2、能對偽裝及隱蔽的目標進(jìn)行智能視頻監控與識別：

　　紅外熱成像儀是被動(dòng)接受目標自身的熱輻射，當人體和車(chē)輛隱蔽在草叢及樹(shù)林中時(shí)，它的溫度及紅外輻射一般都遠大于草木的溫度及紅外輻射，因此很容易被自動(dòng)識別出來(lái)。

　　3、能進(jìn)行火災的視頻監控與識別

　　由于紅外熱成像儀是反映物體表面溫度而成像的設備，因此除了夜間可以作為現場(chǎng)監控使用外，還可以作為有效的防火報警設備。如在大面積的森林中，火災往往是由不明顯的隱火引發(fā)的，這是毀滅性火災的根源。

　　在住宅小區、機場(chǎng)、碼頭、學(xué)校等人流密集的場(chǎng)所，通過(guò)紅外熱成像儀探測的紅外熱圖像，均能迅速及時(shí)監測到火災源頭，進(jìn)行預/報警，以便及時(shí)采取行動(dòng)進(jìn)行處理。

　　谷物糧倉往往會(huì )發(fā)生自燃現象，過(guò)去一般采用溫度計測量其溫度變化。而采用紅外熱像儀可以準確判定這些火災的位置和范圍，從而做到早知道早預防，早撲滅。此外，即使是在火災過(guò)后，消防人員也能通過(guò)現場(chǎng)紅外熱成像儀的監視圖像，開(kāi)展對火災現場(chǎng)卓有成效地搜救工作。

　　4、能對邊防、周界入侵進(jìn)行遠距離有效的監控與識別

　　利用紅外熱成像儀，可以探測到不同物體的紅外輻射，因而可以遠距離地進(jìn)行觀(guān)察，尤其適用于風(fēng)雨天氣。如在邊境地區放置紅外熱成像儀，就可成功地破獲非法入境者案件，顯然，其效率大大高于人工巡查。

　　5、能對被遺棄的行李包裹等遺留物體進(jìn)行有效地檢測與識別

　　由于物體產(chǎn)生的熱量在發(fā)出紅外輻射的同時(shí)，還在物體周?chē)纬闪艘欢ǖ谋砻鏈囟确植紙?chǎng)，而不同物體的發(fā)熱功率也不盡相同，因而不同的物體內部所發(fā)出的熱擴散和物體表面溫度也是不同的。因此，利用紅外熱成像技術(shù)，可以輕而易舉地對行李包裹的內部物品進(jìn)行透視與分析。

　　趨勢發(fā)展與前景展望

　　現階段，由于紅外熱成像監控在國內還處于推廣階段，用戶(hù)或甲方對相關(guān)的功能普遍不是很了解，而且對其必要性也沒(méi)有形成統一的認識。因此紅外熱成像監控目前真正的應用還不是很多。對于未來(lái)發(fā)展是怎樣的情況，和普威視的張超岳認為紅外熱成像技術(shù)在安防領(lǐng)域必然是呈快速增長(cháng)的發(fā)展趨勢。紅外熱成像的監控圖像加載的信息很多，它不僅提供了圖像像素，決定畫(huà)質(zhì)的還包括溫度。大多數路口監控探頭采用外接照明燈，這對于監控成本來(lái)說(shuō)似乎十分可觀(guān)。熱成像本著(zhù)綠色環(huán)保的技術(shù)，有助于減少使用昂貴密集型照明設備，降低能源消耗。隨著(zhù)時(shí)間的推移，現在一些高端市場(chǎng)如軍隊、銀行、武警和公安系統已經(jīng)對此系統形成了正確的認知，而且隨著(zhù)國內恐怖活動(dòng)的增多，許多領(lǐng)域已經(jīng)對其提出比較明確的使用意向，相信在未來(lái)幾年內，紅外熱成像監控會(huì )有比較快速的發(fā)展。

　　?？档奶镎袢A說(shuō)因為熱成像攝像機的鏡頭和熱紅外探測器成本較高，目前僅限在特殊行業(yè)中應用，未來(lái)如果能有效降低成本，相信會(huì )有不錯的發(fā)展前景。另外國內市場(chǎng)對24小時(shí)不間斷室外監控，特別是公共安全和道路監控領(lǐng)域需求較大。此外，國內生成的彩色攝像機和紅外攝像機的差價(jià)不大，很多用戶(hù)在選擇24小時(shí)監控攝像機時(shí)更傾向于選擇紅外型攝像機。同時(shí)Flir的張宇也認為隨著(zhù)成本的不斷下降和技術(shù)的不斷進(jìn)步，一些入門(mén)級的紅外熱成像監控設備將對傳統的主動(dòng)紅外攝像機形成巨大沖擊，同時(shí)中高端應用市場(chǎng)的需求穩定，相信紅外熱成像技術(shù)將會(huì )受到越來(lái)越多的關(guān)注。